II. KLASIFIKASI TANAH

Transkripsi

1 II. KLASIFIKASI TANAH SIFAT INDEKS & KLASIFIKASI TANAH 1. Pendahuluan Tanah terdiri atas butiran dengan berbagai ukuran. Perbandingan dari masingmasing ukuran tidak teratur. Sifat kimia butiran juga beraneka ragam, sehingga jenis tanah beraneka. Oleh karena itu perlu pengklasifikasian guna penyeragaman jenis-jenis tanah dan membatasi jumlah. Tanah yang mirip diberi namal/symbol yang sama dengan berbagai kriteria. Sistem pengklasifikasian : AASHTO, ASTM. British Standard, MIT Standard. Umumnya memakai Unified System. Gradasi butir tanah butir kasar Indeks (pengenal) Batas-batas konsistensi tanah butir halu 2. Gradasi Butir (Distribusi Ukuran Butir) Saringan (untuk butir kasar) Sedimentasi (untuk butir halus) a. Saringan Standard Setiap saringan diberi nomor & ukuran (nomor besar, lubang kecil) nomor saringan = jumlah lubang pada 1 (1 inch) saringan yang biasa digunakan untuk analisis gradasi butir tanah : saringan kasar dengan ukuran: 3, 2, 1,5, 3/4 & 3/8 saringan halus dengan nomor : no 4 (4,75 mm); no 10 (2,00 mm); no 20 (0,85 mm); no 40 (0,43 mm); no 60 (0,25 mm); no 140 (0,106 mm); no 200 (0,075 mm). b. Batas batas ukuran butir tanah Standard ASTM : American Society of Testing & Materials Pada standard ASTM, ukuran butir jenis tanah dibatasi dengan no. saringan Kerikil : lolos saringan 3 tertahan saringan no. 4 (4,75 mm) Pasir : lolos saringan no 40 Lanau : mm Lempung < mm

2 c. Analisis saringan Untuk tanah berbutir kasar Digunakan 1 susun saringan standard Datanya untuk menggambarkan kurva gradasi Sampel butiran-butiran kering, ditaruh diatas Digetarkan, maka butiran-butiran akan lolos sesuai dengan ukurannya Data presentasi masing-masing bagian terhadap berat total d. Contoh analisis saringan diperiksa sampel tanah kering seberat 2000 gram Keterangan: (1) saringan standard (unified standard) (2) ukuran lubang

3 (3) berat tertahan Grafik hubungan (2) & (6) (Diagram gradasi butiran) e. Analisis Sedimentasi Bagian yang berbutir halus (lolos saringan no ,075 mm) Berdasarkan Hukum Stokes Butiran tanah di dalam air akan mengendap dengan kecepatan konstan V = kecepatan (cm/dt) D = diameter equivalen butiran (mm) karena biasanya butiran tanah tidak berbentuk bola G = berat jenis tanah = berat jenis air n = kekentalann air (poise. gr/cm/dt) tergantung t g = percepatan gravitasi Untuk suatu pemeriksaan..g, g,, n karena kecepatan konstan maka hubungan antara φ, lintasan & waktu dapat disederhanakan menjadi C bilangan konstan f. Cara pipet & cara hidrometer Hidrometer : silinder gelas 1 literan a gram tanah = 1000 cm 3

4 Berat jenis larutan : Larutan air dengan tanah ini digodok sehingga merata, kemudian silinder didirikan di atas meja pada saat ini dianggap sebagai saat t = 0 Pada saat t = t 1 = berat jenis kedalaman L 1 oleh butiran-butiran dengan ukuran D 1 dimana Apabila berat jenis air ( ) dan temyata berat jenis larutan ( ) maka butiran tanah dengan G, yang ada dalam 1000 cm 3 larutan, sebanyak/sebesar W 1 Grafik Gradasi butir (= grafik distribusi ukuran butir tanah) Absis ukuran butir D (mm) dengan skala logaritma Ordinat % lebih kecil, dengan skala biasa Jika diketahui kurva gradasi tanah : Jika suatu titik dari suatu kurva tanah, mempunyai absis D mm & Ordinat p maka berarti bahwa tanah ini p% dari butir-butirnya berukuran < D mm Garis kurva makin kekiri butimya makin besar Garis kurva makin ke kanan butirnya makin halus Garis kurva makin tegak variasi butir makin sedikit (uniform) Garis kurva makin miring variasi butir makin besar (heterogen)

5 Perpotongan : ukuran butir 0,005 mm; 0,075 mm (no. 200) ; 4,75 (no. 4) & 75 mm (saringan no. 3) Jika 40 % butir-butirnya mempunyai ukuran < 2,4 m D 40 = 2,4 mm 60 % dari seluruh butimya < 3,7 mm D 60 = 3,7 mm garis vertikal lewat absis 3,7 mm, akan memotong titik pada suatu kurva yang ordinatnya 60 % D 10 φ efektif, sebagai contoh tanah A pada suatu grafik mempunyai φ efektif 0,45 mm. Koefisien Uniformitas (C u ) yaitu koefisien lengkung Menunjukkan kemiringan dari garis & makin besar jika tanahnya makin tidak uniform Koefisien kurva (C c ) yaitu koefisien lengkung Bentuk dari kurva gradasi Koefisien Uniformitas bersama-sama dengan koefisien kurva Dikatakan bergradasi baik (wellgraded) bila kurva teratur & garisnya cukup miring Dikatakan bergradasi jelek (poorly graded) bila kurva tidak teratur & ada bagian kurva yang terlalu tegak. Untuk kerikil gradasi baik Cu >4 1 < C 0 < 3 Cv min = 1 (tegak) gradasi jelek jika salah satu atau keduanya tidak terpenuhi Tanah pasir gradasi baik Cu > 6 1 < Cc < 3 Tanah butir kasar (kerikil atau pasir) disebut bersih jika mengandung butir-butir halus 0 5 % dan dikatakan sebagai tanah campuran jika mengandung butir halus > 12%. Perlu diketahui: KONSISTENSI DAN PLASTISITAS TANAH KOHESIF Plastisitas kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang konstan tanpa retak-retak atau remuk

6 disebabkan adanya mineral lempung dalam tanah Kondisi basah dengan tingkat kadar air tertinggi, sifat konsistensinya berubah-ubah 4 kondisi konsistensi tanah : cair, plastis, semi solid, dan solid. Cair tanah dapat mengalir pada bidangnya oleh gerakannya sendiri (miring) Plastis jika dapat diubah-ubah bentuknya tanpa mengalami retak-retakk Semi solid jika dapat diubah-ubah bentuknya mengalami retak-retakk Solid tanah getas & keras, tidak dapat dibentuk Kadar air transisi dari masing-masing konsistensi Batas-batas konsistensi = Atterberg limit 1. Batas Cair (Liquid Limit) = WL = LL kadar air pada transisi cair plastis 2. Batas Plastis (Plastic Limit) = WP = PL = UP = kadar air pada transisii plastis semisolid 3. Batas Susut (Shrinkage Limit) = WS = US = kadar air pada transisi semisolid solid Panjang daerah kadar air tanah pada kondisi plastis disebut index plastis = IP = Plasticity Index IP = WL - WP Selisih antara batas cair & plastis LL PL Apabila tanah kohesif basah dengan kadar air yang cukup tinggi dikeringkan secara berangsur-angsur konsistensinya berubah, volume berubah (kohesif = sifat kembang susut)

7 a. Penentuan batas cair tanah Liquid Limit (LL) Batas cair : kadar air transisi antara cair & plastis Di Laboratorium alat Casagrande Tanah tepat pada kondisi batas cair akan bertaut pada 25 ketukan Handle diputar, mangkokk naik 1 cm akan jatuh berulang-ulang padaa landasan karet, Sampel tanah dicampur dengan air sampai homogen dimasukkan dalam mangkok tanah dipisahkan 2 bagian yang dibatasi alur dengan colet (alur berbentuk U jarak 2 mm). Jika cair sekali maka alur akan menutup, jika kurang cair maka alur tidak menutup (harus dipukul-pukul). Makin kurang cair maka makin banyak pukulan-pukulan yang diperlukan. Tanah persis pada batas cair jika diperlukan 25 pukulan. Contoh soal: Pada penentuan batas cair suatu sampel tanah kohesif didapat data sebagai berikut: Jumlahketukan Kadar air (%) Setiap pasang data diplotkan pada grafik, kemudian ditarik garis lurus penghubung terbaik. Garis ini memotong garis tegak lewat 25 ketukan, pada kadar air 46%. Maka batas cair tanah ini WL = 46 %.

8 b. Penentuan Batas Plastis (Plastis Limit) Batas Plastis adalah batas antara plastis - semi solid. Pada kondisi plastis bila tanah dapat digiling menjadi silinder kecil φ 3 mm tanpa retak-retak. Bila timbul retak-retak semi solid Disepakati bahwa tanah tepat pada kondisi batas plastis jika digiling pada φ 3 mm mulai timbul retak-retak. c. Penentuan Batas Susut (Shrinkage Limit) Kadar air minimum jika tanah dikeringkan tidak mengalami susut lagi. Sampel tanah + air cukup dimasukkan dalam cawan Cawan + tanah oven C Volume menyusut ditimbang beratnya W o, volume V o (volume tanah kering)

9 Berat volume tanah kering Angka pori tanah kering dicari dari Sehingga didapat Dicari kadar air yang menjadikan tanah kering dengan volume V 0 tadi menjadi kenyang air; dari persamaan : G. w = e. S S = 1 Persamaan (a) Batas susut yang dicari Batas-batas Konsistensi dan Sifat Tanah Setelah diketahui batas cair WL dan batas plastis WP dapat dihitung IP tanah : IP = WL WP IP = LL - PL Tiap tanah mempunyai WL, WS, WP yang berbeda-beda yang dipengaruhi sifat-sifat tanah. Klasifikasi tanah: Plastisitas rendah, jika WL < 50 % Plastisitas tinggi, jika WL > 50 % Diagram Casagrande absis : batas cair (WL) Ordinat: IP C = Clay CH : Clay High Plasticity WL > 50 % CL : Clay Low Plasticity WL < 50 % gram A = gr dengan Pers. IP = 0,73 (WL 20) M = Mo = Silt = lanau O = Tanah Organis = Organic Soil CL = ML = Lempung/lanau dengan plastisitas rendah Sehingga misal tanah mempunyai nilai dengan gr A maka harus disebut keduanya contoh : CH - MH, CL - ML, ML - MH, CL - CH Catatan : Di atas gr. A : IP > 0,73 (WL - 20)

10 Diagram Casagrande LL = WL = 70 % IP = 40 % CH PL = WP = 30% IP = LL - PL GarisB :WL = 50% Tanah di atas garis A lempung (c) Tanah di bawah garis A tanah organic Lempung Di kanan garis WL 50 % High Plasticity (H) Di kiri garis WL 50 % Low Plasticity (L) Kanan Atas CH : HP Clay IP > 0,73 (WL - 20) Dan WL > 50% Kiri Atas CL = LP clay IP > 0,73 (WL - 20) Dan WL < 50% Kanan Bawah OH HP organic clay IP < 0,73 (WL 20) Dan WL > 50% Kanan Bawah MH HP Silt IP < 0,73 (WL - 20) Dan WL < 50%

11 KLASIFIKASI TANAH SISTEM UNIFIED 1. Tiap tanah bersimbol 2 huruf Huruf I (jenis) = G - Gravel : kerikil S - Sand : pasir M - Mo : lanau (silt lumpur) C - Clay : lempung O - Organic Soil : tanah organik Huruf II = W - weligraded (sifat tanah) P - Poorlygraded M - Mengandung lanau (silty) C - Mengandung lempung (clayer) L - Low Plasticity H - High Plasticity Berbagai sifat pengenal yang harus diketahui gradasi butir tanah butir kasar butir- butir konsistensi tanah butir halus Contoh: Tanah A digradasi, butir halus << 50 % - butir kasar pasir : 38 % G (gravel) kerikil : 62 % D 10 = 0,5mm D 60 = 16 mm D 30 = 3 mm!"# $ % &# GW = kerikil bergradasi baik Tanah B Pasir: S (sand) D 10 = 0,21 mm D 60 = 0,34 mm D 30 = 0,3 mm %'( ) %*+,#- $ %' %,!#- %)%'( SP = pasir bergradasi jelek Tanah C Butir halus = 37% > 12 % Butir kasar = 63 % > 50 %

12 Pasir = 63% - 37% = 26% G Kerikil =100% - 63% = 37% Tanah fraksi halus > 12 % perlu diselidiki batas-batas konsistensinya WL, IP jika WL & IP di atas gr a GC di bawah gr a GM sama dengan gr a GC GM

13 BEBERAPA SIFAT MEKANIK /FISIK TANAH PERMEABILITAS : Sifat suatu bahan berpori, sehingga air dapat merembes (perkolasi) Sifat ini ditentukan oleh besarnya pori Pasir : bersifat permeable (pervious) Lempung : bersifat impermeable (impervious) = rapat air Lanau : bersifat antara permeable & impermeable Ukuran : konsistensi permeabilitas = k menentukan tingkat permeabilitas satuan = cm/dt Aliran dalam pori - pori tanah selalu aliran laminar V = k. i Hukum Darcy V = Velocity = kecepatan = cm/dt k = koefisien permeabilitas = cm/dt i = gradien hydraulic = selisih tinggi tekanan dibagi lintasan k = kecepatan aliran jika i = 1. / 0 Q = A. V Hukum Continueitas Q = A 1. V 1 = A 2. V 2 Q = debit/air yang mengalir dalam satuan waktu (cm 3 /dt) A = luas tampang tanah yang dilewati air Nilai k; - kerikil : k > 10 cm/dt - pasir : k = cm/dt - lanau : k = cm/dt - lempung : k < 10-5 cm/dt

14 TEKANAN TOTAL, TEKANAN EFEKTIF & TEKANAN PORI 1. Tekanan tanah: ada 3 pengertian yaitu : a. Tekanan Normal Totall (Tekanan Normal) σ Jumlah gaya tiap satuan yang bekerja pada suatu bidang tanah b. Tekanan air pori (U) Tekanan hidrostatis air yang ada pada pori-pori tanah, yang mempunyai arah dan ke segala arah. c. Tekanan Normal efektif (Tekanan efektif) σ Tekanan antara butir-butir tanah σ untuk menghitung : Settlement Gesekan (longsoran) Hubungan antara σ; σ ; U a.

15 Dipandang potongan yang berupa prisma massif. Tekanan hidrostatis (arahnya melawan σ total Tekanan efektif σ = σ - U b. Keadaan khusus Tidak ada aliran air Tekanan bekerja padaa bidang horizontal M.a. tanah mendatar tanpa tambahan tekanan

16 Kesimpulan : Tekanan tanah sangat dipengaruhi tekanan air pori (U) U sendiri berbeda-beda Permasalahan yang perlu diperhatikan : 1) Ada tambahan tekanan di atas tanah tapi tanah belum sempat berkonsolidasi 2) Ada aliran air 3) Tanah basah tidak kenyang air (ada tambahan tekanan) σ = σ - U 2. TEKANAN HOMOGEN & TAK ADA AIR TANAH Dipandang bidang datar seluas A m 2 pada kedalaman h meter dari muka tanah Berat tanah yang ada diatas A = W = (A x h x γ) ton Tekanan = berat persatuan luas = berat prisma yang tingginya h meter dengan luas penampang 1 m catatan: 1. satuan yang digunakann : t, m, γ (t/m 3 ), σ (t/m 2 ) 2. kondisi tanah = γ γ k atau γ saturated 3. tanah berlapis dan ada beban m 2 3. KEADAAN ADA AIR TANAH tekanan total, tekanan pori, tekanan efektif dianggap 2 lapis tanah: 1. yang diatas M.A.T 2. yang dibawah M.A.T tekanan air ke atas ; tekanan pori h 2. γ w Ada tiga macam tekanan : Tekanan total σ; σ = h 1. γ 1 + h 2. γ sat Tekan pori U; U = h 2. γ w γ w = 1 Tekanan efektif σ ; σ = σ - U

17 Untuk kondisi air tidak bergerak (keadaan seperti di atas), ternyata tekanan efektif dapat dihitung sebagai berikut : Catatan : keadaan dalam praktek pada umumnya pengaruh air tanah sebagai berikut : Contoh : Pada suatu tempat, kondisi lapaisan tanah sebagai berikut : M.A.T terdapat pada kedalaman m dari ± 0.00 sampai - 4,50 m berupa lapisan pasir yang keadaannya sebagai berikut G = 2,6; c = 0,5 dan bagian yang diatas M.A.T dengan S 60 % dibawah - 4,50 m berupa lempung dengan G = 2,7 & c = 0,6 Hitung : tekanan total, tekanan pori & tekanan efektif pada kedalaman - 2,00 m; -4,50 m & -9,00 m Pasir di atas M.A.T :

18 Pasir dibawah M.A.T : Lempung : 123 %,4%& 4%& %4*5678' 9 %, 4%& %4*5678' 123 %*4%, 4%, %4,5678' %4,5678 ' Pada m : 1 = 2.1,93 = 3,86 t/m 2 U 1 = 0 1 ' = 3,86 t/m m : 2 = 2. 1,93 + 2,5. 2,07 = 9,04 t/m 2 U 2 = 2,5. 1 = 2,5 t/m 2 2 ' = 9,04 2,5 = 6,54 t/m m : 2 = 2. 1,93 + 2,5. 2,07 + 4,5. 2,06 = 18,31 t/m 2 U 2 = 7. 1 = 7 t/m 2 2 ' = 11,31 t/m 2 CARA LANGSUNG MENGHITUNG ' 1 ' = 1 = 2. 1,93 = 3,86 t/m 2 2 ' = h 1. + h 2. ) = 2. 1,93 + 2,5. 1,07 = 6,54 t/m 2 3 ' = 1 = 2. 1,93 + 2,5. 1,07 + 4,5. 1,06 = 11,31 t/m 2 4. ADA ALIRAN AIR Aliran vertical Gradient hidrolik =. :/ 0 Pada I I Tekanan Total = = h. ; + <. 123 Tekanan Pori = U' = h'. ; + (h + < - h). ;

19 Keadaan tanpa aliran = σ =. γ, selisih = i.. γ w atau berat volume : tak ada aliran ada aliran γ (γ + i. γ w ) Aliran dari bawah ke atas Gradient Hidrolik = Pada lapisan I I Tekanan Total = σ = h. γ w + +. Tekanan Pori = Tekanan air ke atas = U = (h + + h).

20 Tekanan efektif = σ = σ - U =. γ - h.γ w =. γ - +. γ w =. (γ - i. γ w ) Pada lapisan II II = σ 2 = x. (γ +. γ w ) Leadaan kritis = Bila i terlalu besar, sehingga σ = 0 0 = x. (γ +. γ w ) i. γ w = γ Pada tanah non kohesif γ w = 1 i kritis = γ Tanah mengapung = Boiling = Quick Condition Contoh dalam praktek : Jika i > γ Quick Conditions longsor Sehingga dalam penggalian diusahakan tidak terjadi, pada tanah berbutir kasar

21 CARA MENGATASI : penggalian tidak terlalu dalam memperpanjang turap ditimbun pasir & kerikil pompa sebelum penggalian TANAH BAHAN FILTER Pada bendungan air dapat membawa butir-butir tanah sehingga menimbulkan bahaya piping bendungan dapat runtuh Pada dinding penahan tanah, seandainya tidak ada drainasi bahaya piping Pencegahan : perlu drainasi dengan filter air diarahkan menuju drainasi dan disitu terdapat bahan yang dapat berfungsi sebagai saringan agar butir-butir tanah tidak ikut mengalir.

22 Syarat bahan filter : harus lebih permeabel dari tanah yang dilindungi pori-pori tidak boleh terlalu besar dibanding dengan gradasi butir tanah yang dilindungi sehingga butir-butir tanah tidak dapat masuk dalam pori-pori jika air harus menuju pipa/lubang drainasi gradasi bahan filter harus cukup kasar agar tidak terbawa masuk pipa. Tanah yang memenuhi syarat ini: Yang perlu diketahui : gradasi tanah yang dilindungi 1. D 15 f (filter) > 5 x D 15 S (tanah yang dilindungi) 2. D 15 f < 5 D 85 S 4D 85 S > D 15 f > 5D 15 S Jika tanah yang dilindungi terlalu halus, maka dipakai filter berlapis tanah 1. filter tanah 2. filter I 3. filter II 4. filter Ill Jika ada lubang & ada pipa : jika lubang bulat : D 85 f > 1 x φ lubang jika lubang persegi : D 85 f > 1,2 lebar lubang Misal : ada lubang 5 cm = 50 mm check pada grafik

23 D 15 f = 0,001 5 D 15 S = 0,005 D 85 S = 0,03 4 D 85 f = 0,012 D 15 f > 5 D 15 S = 0,005 D 15 f < 4 D 85 f = 0,12